由于高光譜圖像具有很高的光譜分辨率,因而能夠提供更為豐富的地物細節,有利于地物的物理化學特性反演。目前高光譜遙感已經在各方面顯示出了巨大的應用潛力，主要應用領域總結如下：

海洋遙感

它不僅可用于海水中葉綠素濃度、懸浮泥沙含量、某些污染物和表層水溫的探測,也可用于海冰、海岸帶等的探測由于海洋光譜特性是海洋遙感的一項重要研究內容,各國在發射海洋遙感衛星前后都開展了海洋波譜特性研究,包括大量的海洋光譜特性測量研究。早期的海洋遙感應用,所使用的傳感器波段少,已滿足不了現代定量遙感應用研究的需要。隨著中分辨率成像光譜儀的應用,不僅促進了高維數據分析方法的研究,也將促進海洋高光譜特性研究的發展。它可以使人們更準確地了解海洋光譜結構,識別海水中不同物質成分的光譜特征,掌握近岸水域光學參數的分布、變化規律,為海洋遙感應用和海洋光學遙感器的評價提供可靠的依據。

植被遙感

植被中的非光合作用組分用傳統寬帶光譜無法測量,而用高光譜對植被組分中的非光合 作用組分進行測量和分離則較易實現。因此,可以通過高光譜遙感定量分析植冠的化學成分,監測由于大氣和環境變化引起的植物功能的變化。植被應用方面還有許多成功的實例,如作物類型識別( Collins,1978)、森林樹種識別(宮鵬等,1998)、植被荒漠化研究(葉榮華等,2001)等。

精細農業

土壤的水分含量、有機質含量、土壤粗糙度等特性是精細農業中重要的信息,而傳統遙感技術無法提供這些信息。高光譜遙感憑借其極高的光譜分辨率為精細農業的發展提供了技術保障和數據來源。利用高光譜遙感技術,可以快速精確地獲取作物生長狀態及環境脅迫下的各種信息,從而相應調整投入物資的施人量,達到減少浪費、增加產量、保護農業資源和環境質量的目的。高光譜遙感是未來精準農業和農業可持續發展的重要手段。

植被遙感

植被中的非光合作用組分用傳統寬帶光譜無法測量,而用高光譜對植被組分中的非光合 作用組分進行測量和分離則較易實現。因此,可以通過高光譜遙感定量分析植冠的化學成分,監測由于大氣和環境變化引起的植物功能的變化。植被應用方面還有許多成功的實例,如作物類型識別( Collins,1978)、森林樹種識別(宮鵬等,1998)、植被荒漠化研究(葉榮華等,2001)等。

精細農業

土壤的水分含量、有機質含量、土壤粗糙度等特性是精細農業中重要的信息,而傳統遙感技術無法提供這些信息。高光譜遙感憑借其極高的光譜分辨率為精細農業的發展提供了技術保障和數據來源。利用高光譜遙感技術,可以快速精確地獲取作物生長狀態及環境脅迫下的各種信息,從而相應調整投入物資的施人量,達到減少浪費、增加產量、保護農業資源和環境質量的目的。高光譜遙感是未來精準農業和農業可持續發展的重要手段。

地質調查

地質是高光譜遙感應用中最成功的一個領域。例如,利用航空高光譜數據進行地質填圖和巖石鑒別,可以識別出地表不同礦物質的診斷性特性。因為一般礦物質的光譜吸收峰寬度為30nm左右,只有利用光譜分辨率小于30nm的傳感器才能夠識別出來。高光譜遙感已經在地質領域扮演著重要角色。王青華等人仔細分析了國產光譜儀MAIS對河北省張家口地區的高光譜遙感數據,指出可以借助高光譜豐富的光譜信息,依據實測的巖石礦物波譜特征,對不同石類型進行直接識別,達到直接提取巖性的目的

大氣與環境遙感

大氣中的分子和粒子成分在太陽反射光譜中有強烈反應,這些成分包括水汽、二氧化碳氧氣、臭氧、云和氣溶膠等。常規寬波段遙感方法無法識別出由于大氣成分的變化而引起的光譜差異,高光譜由于波段很窄,能夠識別出光譜曲線的細微差異。

城市下墊面特征與環境研究

由于人類活動,城市下墊面特征與環境顯得異常復雜,同物異譜、同譜異物及混合像元現象也非常嚴重;而高光譜遙感的發展使得人們有能力對城市地物的光譜特性進行深入研究,可以通過對高光譜數據進行處理,得到城市地物的光譜成分,為城市環境遙感分析及制圖提供基礎。